Đề Tài Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Nâng Hạ Cabin Thang Máy.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC Đề tài : thiết kế hệ thống truyền động nâng hạ Cabin thang máy BÁO CÁO MÔN : TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNGGIẢNG VIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC

Đề tài : thiết kế hệ thống truyền động nâng hạ Cabin thang máy

BÁO CÁO MÔN : TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNGGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.s NGUYỄN TRUNG DŨNG

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 1:1.NGUYỄN MINH HIẾU 7.HOÀNG XUÂN TÀI2.NGUYỄN THIẾT AN 8 NGUYỄN HUY HOÀNG3.PHẠM THỊ SÁNG 9 PHẠM THẾ DUYỆT4.PHẠM XUÂN TRUNG 10 HỒ ĐỨC THẮNG5.TRẦN ĐẮC TUẤN BẢO 11 NGUYỄN LÊ TRUNG NAM6.NGUYỄN MINH THÀNH 12 CHU TUẤN ANH

Mục Lục:

Phần 1 : Tổng quan về thang máy trang 2

Phần 2 : xây dựng phương án truyền động trang 3

Phần 3 :Tính toán lựa chọn thiết bị trang 4

3.1 bộ điều khiển trang 43.2 Biến tần trang 53.3 Điện trở xả cho biến tần trang 73.4 động cơ trang 93.5 Encoder trang 11

Phần 4 : Sơ đồ đấu nối phần cứng trang 12

Phần 5 : Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển trang 14

Phần 6 :Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển trang 16

1.Tổng quan về hệ truyền động thang máy

 Cơ cấu nâng Trong buồng máy có lắp đặt hệ thống tời nâng - hạ buồng thang (cơ cấu nâng) tạo ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận :

- Bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp) - Hộp giảm tốc

- Phanh hãm điện từ - Động cơ truyền động Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao

 Tủ điện: Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ và rơle trung

 Tủ điện: Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ và rơle trung

- Tủ điện : Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng cầu chì các loại , công tắc tơ và rơ le trung gian

- Puli dẫn đường- Bộ phận hạn chế tốc độ : làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm bằng cấp liên

động để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thangPhân tích yêu cầu công nghệ của hệ truyền động

Cảm biến phát hiện tầngTín hiệu xung từ EncoderTín hiệu chọn tầngNút dừng khẩn cấpCảm biến dòngCảm biến nhiệtVà các thiết bị cảm biến đảm bảo an toàn khác

Động cơCác thiết bị phanh khẩn cấpĐèn cảnh báo

2 Xây dựng phương án truyền động.

2.1 Yêu cầu kỹ thuật với hệ thống truyền động

Tải trọng: 1300kgTốc độ: 3m/sThời gian gia tốc va phanh hãm: 2sĐường kính pu-li tời Dp = 600(mm)

2.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

Bộ điều khiển sử dụng PLCPhần điều chỉnh công suất sử dụng biến tầnSử dụng động cơ không đồng bộ 3 phaĐo tốc độ của động cơ sử dụng bộ EncoderCó sử dụng hộp số

2.3 Điều khiển vòng

3 Tính toán và lựa chọn thiết bị

3.1 bộ điều khiển

Yêu cầu : - có 1 đầu vào high speed counter để đếm xung từ Encoder- 1 đầu ra Analog 0-10V để điều khiển biến tần ( độ phân giải tối thiếu là 12bit)

=> chọn PLC siemen S7 1200 cpu 1215C

3.2 Biến tần

 Như ta đã biết thang máy chạy ở tốc độ 3 m/s, như vậy trong một giây puly phải quay được một quãng đường là 3 m Mà chu vi của puly là c = 0.6 * = 1,88 m, π

như vậy puly quay được 1,883 = 1.6 vòng/ giây = 96 vòng /phút.Do đó động cơ phải quay với vận tốc v = 96 * 12 = 1152 vòng /phút

Ta thấy:  Với tần số 50 Hz ta được tốc độ định mức là 1460 vòng/phút  Với tần số x Hz ta được tốc độ quay của động cơ là 1152 vòng/phút

Suy ra: x = 50∗11521460 =39.45 Hz

=> chọn biến tần Siemen V20 22KW three phase 380-400V

Tên biến tần : 6SL3210-5BE32-2UV0Thông số kỹ thuật :

SINAMICS V20 380-480 V 3AC -15%/+10%47-6 Rated power 22 kW with 150% overloadfor 60 sec small output overload: 30 kW with110% overload for 60 sec unfiltered I/Ointerface: 4 DI, 2 DQ, 2 AI, 1 AO Fieldbus:USS/Modbus RTU with built-in BOP Degreeof protection IP20/UL open Size: Size E244x265x209 (WxHxD) (6SL3210-5BE32-2UV0)

Giá : 21 813 000 VND

Cài đặt biến tần Biến tần V20 3Pha 22KW 6SL3210-5BE32-2UV0

 Reset biến tần

- P0003 : set 1- P0010 : set 30- P0970 : set 21Nhấn OK màn hình khởi động lạiHiển thị 50? => tần số điện lưới => nhấn OK Cài các tham số:

- P0304 : điện áp cấp vào động cơ 380V- P0305 : dòng điện của động cơ 42A- P0307 : công suất động cơ 22kW- P0308 : hệ số cos φ 0.8- P0310 : tần số định mức động cơ 50Hz- P0311 : tốc độ của động cơ 1460 vòng/phút- P1900 : set 2 : dò thông số tĩnh của động cơ tự động

+Cn-0010: cho phép biến tần nhận tín hiệu từ PLC- P1120 : thời gian tăng tốc 2s

- P1121 : thời gian giảm tốc 2s- P0700 : set 5: chạy bằng USS/ Modbus- P7056 : set 3: đầu vào dòng điện có giám sát 0-20 mA- P0701 : DI 1=1 : động cơ chạy thuận

- P0702 : DI 2=2 : động cơ chạy ngược- P1000 : set 5: chạy bằng USS/ Modbus- P1001 : set thang máy chạy ở tốc độ 3 m/s: 39.45Hz - P1002 : set tần số cực đại khi động cơ chạy: 50 Hz- P1004 : set tần số nhỏ nhất khi động cơ chạy: 5 Hz

3.3 Điện trở xả cho biến tần

Chúng ta cần lắp điện trở xả cho biến tần vì đây là tải thế năng và chúng ta cần hãm nhanh xét thấy hãm nội của biến tần không đủ để đáp ứng yêu cầu bài toán nên ta sẽ lắp thêm điện trở xả cho biến tần

- Tính toán giá trị cho điện trở xảNhư ta đã biết thang gồm có đối trọng và cabin được treo trên một puly qua hệ cáp Thang làm việc đầy tải nhất khi mà cabin không mang tải mà di chuyển từ dưới lên ,lúc đó độ chênh lệch giữa khối lượng của đối trọng và khối lượng cabin là m = m tải trọng + m buồng thang - m đối trọng = 1300 + 700 – 1450 = 550 Kg Tương ứng với momen hãm lớn nhất

M thang max = F D

2 .0,91i =6215.0,62.12.0,91= 170,74 N.m

Momen hãm để đảm bảo với thời gian hãm là 2sM hãm max =

J n9,55.t + M thang max =

0.1396 11529,55.2+170.74= 180 N.mtrong đó :

J là momen quán tính n là tốc độ vận hành của động cơ t là thời gian hãm theo yêu cầu

Công suất hãm lớn nhấtP hãm = M hãm max.ω.hiệu suất của động cơ = 180.120.0,91= 20748 W = 20,7 KW

Theo tài liệu của biến tần siemen V20 dòng FSE 22KW AC three Phase 400V

Ta thấy được công suất hãm tối đa mà biến tần chịu được là 24KW > 20,7KW

Chọn điện trở xả loại 20KW - 27Ω

3.4 động cơ

Các thông số : Tải trọng m tải trọng = 1300 kg Trọng lượng buồng thang m buồng thang = 700 kg Đối trọng m đối trọng = 1450 kg

 Tốc độ v = 3 m/s và Dpuly = 600 mm = 0,6 mLực tác dụng lên Puly

Chọn chiều từ trên xuống dưới là chiều dương Khi đó lực được tác dụng lên puly bằng  = F

a = dvdt = v−v0

t − t0=3 0−2 0− = 1,5 m/s2

vậy để động cơ sinh ra lực kéo đủ để thắng được lực kéo tĩnh và sinh ra gia tốc 1.5 m/s thì lực kéo động cơ cần là :2

F = m ( tải trọng + m buồng thang - m đối trọng )( g + a ) = (1300 + 700 – 1450 ).( 9,8 + 1.5 ) = 6215 N

Hệ thống làm việc với hiệu suất đạt 91% và tỷ số hộp số i =12

Momen đầu trục động cơ cần sinh ra là :M = F D

2 .0,91i =6215.0,62.12.0,91= 170,74 N.mTa có tốc độ của thang máy v = 3 m/s và đương kính Puly D = 0.6m như vậy có nghĩa là trong 1s thì puly phải quay được 3m do đó vận tốc của động cơ sẽ bằng : n = v i 60D π=3.12.60

0,6 π = 1152 vòng/phút => ω =9,55n = 119,98 rad/s

Công suất của động cơ để đáp ứng yêu cầu công nghệ là :P = M.ω= 170,74.119,98 = 20 485 W = 20,4 KW=> ta chọn động cơ loại 22KW

Tên động cơ : ABB Motor IE2, 22 kW, 30 HP, 415 V, 4 Pole/1500 rpm, DOL, FootMounted, 3 Phase, TEFC Cast Iron Induction Motor

3.4 Encoder

Tên : Omrom E6B2-CWZ6C

Giá : 1 400 000 VND

4.Sơ đồ đấu nối thiết bị phần cứng

sơ đồ đấu nối “ biến tần ”

sơ đồ đấu nối “ PLC ”

sơ đồ đấu nối “ động cơ ”

5 Nguyên lí thiết kế chương trình điều khiển

+ Yêu cầu của bài toán đặt ra

- Tăng tốc đến tốc độ đúng đến giá trị đặt với thời gian 2s- Giảm tốc về 0 trong khoảng thời gian 2s

+ Nhiệm vụ chính của bài toán1 Chạy thuận đến tốc độ đặt

- Khi ấn nút Thuận (phải đảm bảo được động cơ đã dừng *), sử dụng thuật toán logic khóa chéo Thuận – Nghịch

- Thiết lập giá trị tốc độ đặt theo yêu cầu (vòng/phút) truyền cho bộ điều khiển PID- Thiết lập bộ đọc xung cao ở chế độ đếm xung thuận ?? (do giá trị đặt là giá trị dương)

- Sử dụng bộ đọc xung cao, kèm tính toán để ra được tốc độ phản hồi từ encoder đểtruyền vào bộ điều khiển PID

- Tune hệ số ??? dựa trên tốc độ phản hồi

- Sử dụng bộ đọc xung cao, kèm tính toán để ra được tốc độ phản hồi từ encoder đểtruyền vào bộ điều khiển PID

- Tune hệ số ??? dựa trên tốc độ phản hồi

3 Hãm

- Khóa chạy Thuận nếu đang chạy nghịch và khóa chạy Nghịch với trường hợp cònlại, động cơ “có thể” hãm theo cách thiết lập trên biến tần

+ Các khối chủ yếu trong chương trình và nhiệm vụ của chúng1 Khối encoder

- Đọc xung cao dựa trên cách thiết lập khối- Tính toán xung cao thành vòng/phút dựa trên một khoảng thời gian trích mẫu

- Xuất ra tín hiệu analog cho chân analog out của PLC

6 Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển

a Sơ đồ thuật toán

b Chương trình điều khiển

Đ